반도체는 전자기기 소형화, 통신 고도화에 대응하는 고밀도 패키징 기술의 중요성이 높아지면서 후공정 소재에 대한 관심이 높아지고 있다.
반도체 칩 표면보호, 재배선층 등에 투입하는 액상 감광성 수지가 대표적이며 일본기업들이 글로벌 시장을 약 90%를 장악하고 있어 일본산 의존도 심화가 우려되고 있다.

고밀도 패키징 기술의 중요성 부각
일본 반도체 소재 생산기업들은 전공정의 미세화에 필수적인 포토레지스트(Photoresist) 시장에서 높은 점유율을 확보한 가운데 후공정 소재 시장에서도 차세대 패키징 기술을 중심으로 경쟁력을 강화하고 있다.
액상 감광성 수지는 반도체 칩 표면에 코팅함으로써 반도체 봉지재에 배합하는 필러와 접촉해 발생하는 손상이나 필러에서 나오는 알파선에 따른 메모리 오류를 방지하는 역할을 하며, 최근 반도체 칩과 프린트기판을 연결하는 구리배선(재배선) 절연막 용도인 재배선층(RDL)용 수요가 증가하고 있다.
RDL은 일반적으로 다층 구조로 이루어져 패키지당 사용량이 증가하기 때문이다.
고밀도 패키징 기술은 FO-WLP(Fan Out-Wafer Level Package), FO-PLP(Fan Out-Panel Level Package) 등이 있으며, FO-PLP는 스마트폰 등 전자기기의 박형화, 반도체의 소형화 및 미세화에 대응하는 기술로 차세대 대형 디스플레이 기술인 마이크로 LED(Light Emitting Diode)에도 채용되고 있다.
반도체 칩을 패키징할 때는 일반적으로 패키지 기판을 사용하나 FO-WLP 등은 기판 대신 재배선층을 이용함으로써 스마트폰 박형화가 가능한 것으로 알려졌다.
마이크로칩 처리능력이 18개월마다 2배로 늘어난다는 무어의 법칙이 한계에 도달하고 있는 가운데 칩을 늘어놓거나 겹치는 3차원 및 2.5차원 패키징 기술도 주목받고 있다.
1개의 패키지에 여러 칩을 고밀도로 실장함으로써 배선 길이를 줄여 마치 1개의 칩처럼 작동시킴으로써 반도체의 연산 및 기록, 에너지 절약 성능 등을 향상시키는 것으로 파악된다.
반도체 패키지 기판의 배선패턴 형성에는 일반적으로 감광성 드라이 필름 레지스트가 채용되고 있으나 감광성 드라이 필름 레지스트는 배선폭과 배선 간격을 나타내는 L/S(Line & Space)의 최첨단이 10마이크로미터/10마이크로미터 수준으로 5마이크로미터/5마이크로미터가 양산에 적용할 수 있는 한계점으로 인식되고 있다.
이에 따라 반도체 칩 배선을 형성하는 포토레지스트와 같은 액상 감광성 수지가 미세화에 유리한 것으로 평가된다.
액상 감광성 수지를 투입한 RDL은 5마이크로미터/5마이크로미터 이하의 L/S 형성이 용이하며 3차원 패키징 등에 요구되는 미세배선에도 대응할 수 있는 것으로 파악되고 있다.

일본, 액상 감광성 수지 연구개발 강화
반도체는 고성능화를 위해 후공정의 패키징 기술이 중요해지고 있는 가운데 RDL이 기술 진화를 견인할 것으로 예상된다.
스마트폰의 박형화, 데이터센터의 고성능화를 뒷받침하는 고밀도 패키징 기술의 핵심 소재인 액상 감광성 수지는 포토레지스트와 마찬가지로 아사히카세이(Asahi Kasei), 후지필름(Fujifilm), 도레이(Toray), Sumitomo Bakelite(SBC), Showa Denko Materials(SDM)과 듀폰(DuPont)의 합작기업 HD Micro Systems 등 일본기업이 독점하고 있다. 

아사히카세이는 1988년 가장 먼저 액상 감광성 수지를 사업화해 Pimel 브랜드로 공급하고 있다.
Pimel은 PI(Polyimide), PBO(Polybenzoxazole), 내열성 페놀수지(Phenolic Resin) 등 용도에 따라 다양한 라인업을 구축하고 있으며 내열성, 내약품성, 절연성 등 성능 밸런스가 뛰어난 것으로 평가되고 있다.
아사히카세이는 Pimel 사업에서 반도체 칩 표면보호막, RDL 등 전방위 전략을 추진하고 있으며, 특히 첨단 패키징 기술 관련제품 개발에 힘을 기울이고 있다.
RDL에 사용되는 PI계 소재는 저온경화성, 배선 미세화에 대응하는 해상도 등 고밀도 패키징에 요구되는 다양한 특성을 향상시키는 연구개발(R&D)을 강화하고 있다.
후지필름도 아사히카세이와 마찬가지로 네거티브형 PI계 소재를 공급하고 있다.
섭씨 200도의 저온에서 경화하는 강점이 있으며 반도체 후공정 위탁생산기업(OSAT)을 중심으로 채용되고 있고, 벨기에 공장에서 2022년 가동을 목표로 생산능력을 2배로 확대하는 공사를 진행하고 있다.
장기적으로는 OSAT, 파운드리가 집중된 아시아 지역에 생산체제를 구축할 방침이다.
도레이는 FO-PLP용에 주력하고 있다.
FO-PLP는 패키지 미세화에 알맞은 FO-WLP와 달리 대면적 패키지 제조가 가능하고 가격 경쟁력이 뛰어난 것으로 평가되고 있으며, 마이크로 LED 배선에 채용되고 있다.
최근에는 FO-PLP 배선 미세화에 대비해 L/S 3마이크로미터/3마이크로미터에 대응하는 액상 감광성 수지를 준비하는 등 차세대 반도체에 대한 대응에 힘을 기울이고 있다.
도레이는 포지티브형 소재를 중심으로 공급하고 있으며, 용제계 현상액이 필요한 네거티브형과 달리 수계 현상액을 사용해 환경부하를 억제할 수 있어 앞으로 반도체 RDL용으로 수요를 개척할 방침이다.
글로벌 반도체 봉지재 시장점유율 1위인 SBC도 액상 감광성 수지 공급을 확대하고 있다.
도레이와 마찬가지로 포지티브형 소재를 중심으로 RDL 분야에 공세를 가하고 있으며 2021년 봄에는 미니 LED, 마이크로 LED 등 차세대 디스플레이용 포지티브형 소재를 개발해 제안을 시작했다.
도레이와 SBC는 반도체 칩 표면보호막용으로도 높은 점유율을 확보하고 있다.

타이완 TSMC와 공동개발도 추진
일본기업들은 포토레지스트 메이저 JSR이 재배선층용 소재를 개발하는 등 RDL 관련 R&D를 적극 추진하고 있다.
후공정의 RDL은 차세대 고밀도 패키징 기술의 핵심이기 때문으로 전공정에는 EUV(극자외선) 레지스트가 있다면 후공정에서는 재배선층이 미세화를 견인하는 역할을 담당하고 있다.
액상 감광성 수지는 실리콘(Silicone)에 비해 가격 경쟁력이 우수해 데이터센터 등의 서버용 반도체에 사용되는 실리콘 인터포저를 대체하는 소재로도 주목받고 있다.
삼성전자외 파운드리 시장은 양분하고 있는 타이완 TSMC(Taiwan Semiconductor Manufacturing)는 일본 이바라키(Ibaraki) 소재 츠쿠바(Tsukuba)에 후공정 R&D센터를 개설할 계획이다.
일본 반도체 소재 생산기업들은 TSMC와의 첨단 패키징 기술을 공동 개발함으로써 액상 감광성 수지를 비롯한 소재 기술을 더욱 강화할 수 있을 것으로 기대하고 있다.